ماهواره‌ها

یک ماهواره‌ی زمینی شی‌ای است ساخته‌ی دست آدمی که بر مداری تقریبا بیضی شکل بر گرد زمین می‌گردد.نخستین ماهواره موسوم به اسپوتنیک 1 در 4 اکتبر 1957 در اتحاد جماهیر شوروی سابق به فضا پرتاب شد.اسپوتنیک 1 کره ای بود به وزن 83.6 کیلوگرم و به قطر 58 سانتی متر. این ماهواره زمین را بر مداری بیضوی با حضیض زمینی 250 کیلومتر و اوج زمینی 934 کیلومتر دور می‌زد و هر بار گردش آن به دور زمین 96 دقیقه به طول می‌کشید.اسپوتنیک 1 در طول عمر خود از زمان پرتاب تا موقعی که در جو زمین متلاشی شد راهی برابر با 590 میلیون کیلومتر را پیمود.

برای پرتاب یک ماهواره باید آن را به ارتفاع لازم از سطح دریا رساند آن را در امتداد درست قرار داد و تندی مناسب را به آن داد.

ماهواره را باید به ارتفاع چند صد کیلومتر برد تا اثر اصطکاک جوی بر حرکت مداریش حداقل شود. اگر مدار دایره‌ای شکل مدنظر باشد باید سرعتی عمود بر شعاع زمین به آن داده شود.اگر مدار بیضی شکل مدنظر است سرعتی که به آن می‌دهیم باید اندکی از عمود انحراف داشته باشد.ماهواره را باید در زاویه‌ای مناسب با نصف‌النهار قرار داد.این زاویه‌ی مناسب مصالحه‌ای است بین حداکثر استفاده‌ی ممکن از سرعت موجود که معلول دوران زمین گرد محورش است و بیشترین گستره‌ی ممکن عرض‌های جغرافیایی برای مشاهده و رصد ماهواره.

برای آنکه از سرعتی که حرکت وضعی زمین به ماهواره می‌دهد بیشترین استفاده‌ی ممکن به عمل آید باید ماهواره در استوا و به جانب مشرق پرتاب شودزیرا در این صورت سرعت موجود حداکثر ودر حدود 1600 کیلومتر در ساعت خواهد بود هر شیی که در استوا باشد به اعتبار یک بار گردش بدور زمین در هر 24 ساعت (پیرامون زمین 40000 کیلومتر است) دارای چنین سرعتی نسبت به فضا است.چنین ماهواره‌ای را تنها ناظرانی می‌توانند ببینند  که در استوا در نزدیکی آنند ماهواره فقط اطلاعاتی درباره‌ی عرض جغرافیایی به ما خواهد داد.

برای اینکه ماهواره‌ای را همه‌ی ناظران زمینی ببینند و علاوه بر این بیشترین اطلاعات فراهم آید باید ماهواره در امتداد شمال جنوب حرکت کند ولی این وضعیت امکان استفاده از سرعت موجود را نفی می‌کند.

سرعت افقی مناسب بین 30000و 40000 کیلومتر در ساعت یا بین 8.2 تا 11.2 کیلومتر در ثانیه است8 کیلومتر در ثانیه برای مدارهای کوچک و 11 کیلومتر برثانیه مناسب مدارهای بزرگ است.اگر سرعت افقی از 8 کیلومتر در ثانیه کمتر باشد باز هم در مدار گردش بدور زمین قرار نخواهد گرفت و بر سطح زمین سقوط خواهد کرد.اگر این سرعت از 11.2 کیلومتر بر ثانیه بیشتر باشد باز هم در مدار گردش بدور زمین قرار نخواهد گرفت ولی این بار از میدان گرانش زمین خواهد گریخت.

معمولا سه کار را که برای پرتاب ماهواره باید انجام داد با هم ترکیب می‌کنند.ماهواره را به کمک موشکی چند مرحله‌ای در مدار قرار می‌دهند.غرض اصلی از مرحله‌ی نخست این است که ماهواره از کوتاه ترین مسیر ممکن (یعنی به خط مستقیم) از بخش غلیظ جو خارج شود و به مناسب‌ترین (اپتیمم سرعت) (که اثر اصطکاک را حداقل می‌کند)دست یابد.مرحله‌های دیگر ماهواره را به حالت افقی درمی‌آورد و سرعت مورد نظر را به آن می‌دهد.

قبل از پرتاب هر مرحله‌ی موشک با مقدار سوخت لازم پر‌ می‌شود.هر مرحله پس از آنکه وظیفه اش را انجام داداز بقیه موشک جدا می‌شود.

در ارتفاعات زیاد از سطح زمین تنها دو نیرو بر ماهواره اعمال می‌شود این نیروها عبارت اند از :

نیروی گرانش و نیروی گریز از مرکز

این دو نیرو در یک سرعت معین از نظر اندازه با یکدیگر برابر و از نظر جهت مخالف یکدیگرند.بنابر این یکدیگر را خنثی می‌کنند.از اینرو ماهواره‌ای که سرعت مناسب را داشته باشد همچنان بر مدارش حرکت می‌کند زیرا نیرویی وجود ندارد که آن را از مسیر مقرر منحرف سازد.

در داخل جو زمین اصطکاک میان جو و ماهواره تعادل نیروی گرانشی و گریز از مرکز را برهم می‌زند. نیروی اصطکاک از سرعت ماهواره می‌کاهد و زنجیره‌ی رویدادهای زیر را موجب می‌شود.

کاهش تندی کاهش نیروی گریز از مرکز را سبب می‌گردد

نیروی گرانش که بزرگتر از نیروی گریز از مرکز شده است موجب می‌شود که ماهواره در حالی که به سطح زمین نزدیک‌تر و نزدیک‌تر میشود مسیری مارپیچی را بپیماید.

نیروی اصطکاک ممکن است به اندازه‌ای حرارت ایجاد کند که ماهواره پیش از رسیدن به زمین بسوزد یا آنکه عملا مانند شهاب‌سنگ‌های بزرگ به سطح زمین سقوط کند.

بهترین موقع برای مشاهده‌ی یک ماهواره با چشم هنگام بامداد یا شامگاه است. در این موقع خورشید زیر افق است ناظر در جای تاریکی جای دارد ولی ماهواره که چند صد کیلومتر ارتفاع دارد نور خورشید را دریافت و منعکس می‌کند.

مداری که ماهواره می‌پیماید سوای پریشیدگی‌های جزیی مداری است ثابت در فضا در حالی که زمین در داخل آن مدار هر 24 ساعت یکبار بر گرد خود می‌گردد.

بنابراین ناظری که فرضا در نیویورک است ماهواره‌ای را می بیند که از جنوب غربی به شمال شرقی می‌رود و 12 ساعت بعد ممکن است همان ماهواره را در قسمت دیگری از مدارش ببینید که از شمال غربی به جنوب شرقی می‌رود.

به کمک ماهواره ها اطلاعات زیادی از فضای خارج بدست آمده است.

ماهواره‌ها بسته به کارکردی که دارند حامل انواع آشکارسازها، دوربین‌ها و وسایل اندازه‌گیری و ابزارهای دیگری هستند که وظیفه‌ی پشتیبانی این وسایل را دارند. دستگاه‌های کنترل و جهت‌دهی وسایل تامین انرژی آنتن‌های مخابراتی و غیره از این زمره‌اند.

ماهواره‌ها معمولا برای مقاصد خاص طرح و ساخته می‌شوندو انتخاب مدارهای آنها متناسب با این مقاصد است. یک دسته‌ی اجمالی از این قرار است:

1ـ ماهواره‌های مخابراتی:برخی از این ماهواره‌ها حامل وسایل الکترونیکی دریافت تقویت و باز گسیل پیام‌های رادیویی تلفنی تلویزیونی و غیره هستند.

2ـ ماهواره‌های هواشناسی: این ماهواره‌ها پوشش جوی زمین اطلاعات مربوط به طوفان‌ها و مسیر جریان‌های اقیانوسی را گزارش می‌کنند.این ماهواره‌ها تصویرهای جامعی از سامانه‌های جوی زمین را به مراکز هواشناسی مخابره می‌کنند و نقش عمده‌ای در پیش‌بینی‌های هواشناسی و شناخت حرکات جو زمین داشته‌اند.

3ـ ماهواره‌های فناوری منابع زمین: از این ماهواره‌ها برای افزایش دانش ما از شرایط بوم‌شناختی ویژگی‌های زمین‌شناختی و منابع زمین استفاده می‌شود.

4ـ ماهواره‌های نظامی: این ماهواره‌ها برای مقاصد نظامی مانند شناسایی از طریق عکاسی شنود الکترونیکی و انتقال پیام‌های سری و غیره بکار می‌روند.

5ـ ماهواره‌های تحقیقاتی و نجومی:برخی از این ماهواره‌ها برای مطالعه‌ی تابش‌هایی بکار می‌روند که جو زمین مانع ورود آن است تابش x تابش گاما و تابش‌های فرابنفش و فروسرخ دستاورد این قبیل ماهواره‌ها است.

نخستین کشف بسیار مهمی و موفقیت آمیز که در سال 1958 با اولین ماهواره ایالات متحده اکسپلورر 1 انجام شد کشف نوارهای ذرات باردار پرانرژی موسوم به کمربندهای ون‌آلن بود. کمربندهای ون‌آلن نه تنها در مطالعه‌ی مغناطیس کره‌ی زمین از اهمیت بسیار برخوردارند در پرتاب موشک‌ها و ماهواره‌ها به فضا نیز باید مورد توجه قرار گیرند.

ماهواره‌های متعددی برای تحقیقات خاص نجومی بر مدار قرار گرفته‌اند:

ماهواره‌های پرتوی x مانند اهورو(1970) رصدخانه‌ی اینیشتین (1978) و اگزوست (1983) روست گنیگا (1987) و غیره منابع تابش x را که از دنباله‌دارها یا اخترنماها و کهکشان‌ها گسیل می‌شود کاویده‌اند. ماهواره‌های فرابنفش مانند کپرنیکوس (1982) و کاوشگر بین‌المللی فرابنفش iue (1978) به بررسی گازهای میان‌ستاره‌ای جو ستارگان نواحی گازی کهکشان‌ها و جز این‌ها یاری رسانده‌اند. منابع تابش فروسرخ در منظومه‌ی شمسی و کهکشان حوزه‌ی کاووش ماهواره‌های فروسرخ هستند مانند ماهواره‌ی نجومی فروسرخ ( IRAS) بوده است.

بررسی دقیق اجرام منظومه‌ی شمسی از نزدیک به کمک کاوشگر‌های فضایی خاص صورت گرفته است. کاوشگر فضایی سفینه‌ای بدون سرنشین است مجهز به وسایل لازم برای بررسی محیط میان‌‌ستاره‌ای ویژگی‌ها و مشخصات سیارات و اجرام دیگر منظومه‌ی شمسی و گسیل اطلاعات بدست آمده به زمین. یک کاوشگر فضایی یا مداری را بر گرد خورشید می‌پیماید و یا مسیری را از زمین به همسایگی جرم موردنظر (مثلا یک سیاره یا یک دنباله‌دار) طی می‌کند. کاوشگر‌ها با موشک بر مدارهای مورد نظر قرار می‌گیرند.کاوشگر‌های فضایی تاکنون توانسته‌اند از بیشتر سیارات منظومه‌ی شمسی دیدار کنند.نخستین کاوشگری که حول و حوش زمین را ترک کرد و در سال 1959 از 6000 کیلومتری ماه گذشت و بر مداری مستقل به دور خورشید راهی اعماق فضای میان‌ستاره‌ای شد کاوشگر روسی لونا 1 بود.کاوشگر‌های فضایی پس از قرار گرفتن بر مدار مناسب ممکن است از پنل‌های خورشیدی برای تامین انرژی عملیات داخلی و مخابراتی خود استفاده کنند. در فواصل دورتر از مدار مریخ شدت نور خورشید کم است و منابع انرژی دیگری نظیر مولدهای رادیو ایزوتوپی (مثلا در وویجر 1 و 2 سال 1977) یا رانش یونی (مثلا در دیپ اسپیس 1998) لازم می‌شود.

سفر و اکتشاف فضا با موفقیت‌های حیرت‌آور دیگری در فناوری چون شاتل‌ها، آزمایشگاه‌ها و ایستگاه‌های فضایی و تلسکوپ فضایی همراه بوده است این تلاش‌های فنی و علمی در طول چند دهه‌ی اخیر به راستی تصویر عالم را دگرگون کرده است.

منبع:

نجوم به زبان ساده

گرد آورنده: جناب اقای مرتضی‌ نادری‌فرد